dimanche 14 novembre 2021

Les images radio somptueuses de MeerKAT


Une équipe internationale publie des résultats inédits sur la formation et l'évolution des galaxies grâce au premier grand relevé radio du réseau MeerKAT, le MeerKAT Galaxy Cluster Legacy Survey (MGCLS). On y découvre des images somptueuses de structures complexes dans 115 amas de galaxies. L'étude est publiées dans Astronomy&Astophysics.

Le réseau de radiotélescopes MeerKAT est exploité par l'Observatoire sud-africain de radioastronomie (SARAO), il est situé dans la région du Karoo, dans la province du Cap Nord en Afrique du Sud. Il est constitué de 64 antennes qui sont disposées sur une surface couvrant plus de 8 km, avec un noyau plus dense au centre sur 1 km. Il a pour objectif de produire des images radio dans plusieurs bandes spectrales.
Les observations qui sont rapportées aujourd'hui représentent environ 1000 heures de temps de radiotélescope, et ont été réalisées dans l'année qui a suivi l'inauguration de MeerKAT en 2018. Plus de deux ans de travail ont suivi pour convertir les données brutes en images radio, à l'aide d'ordinateurs puissants, et pour effectuer des analyses abordant une variété de sujets. Ce travail a été effectué par une grande équipe de chercheurs sud-africains et internationaux dirigée par Kenda Knowles (université de Rhodes/SARAO).
Les amas de galaxies sont des environnements complexes, abritant des milliers de galaxies, des champs magnétiques et de vastes régions de gaz extrêmement chauds (des millions de degrés), d'électrons et de protons se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière, et de matière noire. Les électrons relativistes, qui tournent en spirale autour des champs magnétiques, produisent l'émission radio (par l'effet synchrotron) que MeerKAT peut détecter avec une sensibilité sans précédent. MeerKAT, en particulier lorsqu'on y ajoute d'autres informations fournies par les télescopes optiques, infrarouges et à rayons X, est bien adapté à l'étude de l'interaction entre les composants qui déterminent l'évolution des amas de galaxies. 

Les mouvements du plasma ne sont visibles directement qu'en rayons X dans les amas de galaxies. Mais l'émission radio provenant du mouvement des électrons relativistes dans ce plasma peut révéler les tempêtes qui se produisent dans les amas, par exemple lorsqu'ils entrent en collision les uns avec les autres, ou lorsque des jets de matière jaillissent des trous noirs supermassifs au centre des galaxies.
L'article de Knowles et ses collaborateurs présente plus de 50 zones d'émission de ce type récemment découvertes. Certaines d'entre elles sont assez bien comprises mais d'autres restent un mystère selon les chercheurs, qui restent dans l'attente de progrès dans notre compréhension du comportement physique des plasmas d'amas. 
Au-delà de la physique des amas de galaxies, le relevé MeerKAT offre des images somptueuses de radiogalaxies, des zones d'émission radio alimentées par les jets des trous noirs supermassifs. ainsi que des phénomènes plus isolés induits par des vents et des ondes de choc intergalactiques dans le plasma environnant.
Le relevé MGCLS permet aussi d'étudier la régulation de la formation des étoiles dans les galaxies, les processus physiques des interactions entre les jets, l'étude de l'hydrogène gazeux refroidi (le carburant pour fabriquer des étoiles) dans une variété d'environnements. Les chercheurs s'attendent également dans un futur proche à des découvertes fortuites. Plusieurs sources faibles à grande échelle ont déjà été repérées.

Le relevé MGCLS est focalisé sur des observations de longue durée dans la bande spectrale 900-1670 MHz sur 115 amas de galaxies qui ont été observés pendant environ 6 à 10 heures chacun.
La première version des données publiée aujourd'hui comprend des images de base à la résolution ∼8", et des images spectrales et de polarisation aux résolutions ∼8" et 15", avec respectivement des champs de vue de 4 deg² et 1,44 deg².

Les radioastronomes présentent quelques résultats sur des sources aux formes étonnantes, à la fois pour leur valeur scientifique intrinsèque et surtout pour mettre en évidence les possibilités d'une exploration plus poussée de ces données. On y découvre des structures filamenteuses ou parfois plus symétriques, mais toujours étranges, voire fascinantes. Le catalogue de sources compactes contient 626 000 sources pour l'ensemble du relevé, avec une correspondance croisée en optique/infrarouge  pour les sources compactes dans les amas Abell 209 et Abell S295. Parmi les 99 sources diffuses d'amas qu'ils observent, 56 sont nouvelles.

Et les chercheurs mettent également en évidence certaines radiogalaxies qui remettent en question les paradigmes actuels. Dans l'amas Abell 194, Knowles et ses collaborateurs montrent notamment l'existence de deux radiogalaxies géantes (plus d'un million d'années-lumière d'un bout à l'autre) qui se situent au centre d'un grand groupe de galaxies au sein de l'amas, et qui révèlent la présence de filaments magnétiques relativement étroits, ainsi que des interactions complexes entre l'émission radio des deux galaxies....

Et MeerKAT n'est qu'un avant-goût de ce que sera le futur SKA (Square Kilometer Array), qui offrira des performances décuplées, pour le plaisir des yeux et la recherche en astrophysique. Toutes les images présentées ici sont issues de la publication de Kenda Knowles dans Astronomy&Astrophysics.

  
 

               

  
 



 



Source

The MeerKAT Galaxy Cluster Legacy Survey I. Survey Overview and Highlights
Kenda Knowles et al.
Astronomy & Astrophysics, sous presse


Illustrations 

1. Deux radiogalaxies au centre d'un groupe d galaxies de l'amas Abell 194 (Kenda Knowles et al.)
2. Réseau complexe de filaments s'étendant sur plus de 500000 années-lumière associé à une galaxie ayant une activité dynamique dans l'amas Abell 85 (ibid.)
3. Halo d'émission radio dans l'amas MCXC J0352.4-7401 signant une forte interaction de nuages de gaz (ibid.)
4. Carte d'index spectral d'une source radio "tordue" dans l'amas MCXC J0431.4−6126. La galaxie hôte, 2MASX J04302197−6132001 est en cyan sur cette image (ibid.)
5. Structure multiple dans l'amas Abell 209 (ibid.)
6. L'amas Abell 85 avec la structure filamenteuse étrange surnommée le "phénix" (ibid.)
7. L'amas de galaxie RXC J0520.7−1328 (ibid.)
8. Le système multiple (relique et halo) dans l'amas MCXC J0352.4−7401  (ibid.)
9. L'amas MCXC J0351.1−8212 qui montre un mini-halo et des stuctures reliques à proximité de son centre  (ibid.)
10. Image de la source LBS, une unique radiogalaxie à double lobe avec un éclaircissement des bords latéraux  (ibid.)
11. La source NBT, montrant un comportement unique sa queue étroite pliée reste bien collimatée longtemps après sa courbure (ibid.)
12. image d'intensité d'un grand anneau radio diffus entourant et se connectant à une paire de paires de galaxies en interaction dans l'amas MACS J0417.5-1155 (ibid.)
13. Deux radiogalaxies dans l'amas Abell 194, 3C40A et 3C40B, qui montrent des appendices filamentaires inhabituels (ibid.)
14. Zoom sur les galaxies 3C40A et 3C40B (ibid.)
15. Source radio à queue, T3266, située au nord-ouest du centre de l'amas MCXC J0431.4-6126 (Abell 3266), qui pourrait être un composite extrêmement inhabituel de deux sources indépendantes (ibid.)
16. Image d'Abell 548B (orange) superposée à l'image PanSTARRS en fausses couleurs. Ces structures précédemment mal identifiées se révèlent être une radio galaxie diffuseau nord, et une radio galaxie à queue au sud (ibid.)
17. Une paire de radiogalaxies à courbures multiples trouvée par hasard dans le champ de l'amas MCXC J1840.6-7709, illustrant les effets probables des mouvements à grande échelle dans le milieu. (ibid.)
18. NGC 0685, une galaxie spirale barrée vue de face, et sa contrepartie optique (ibid.)
19. NGC 1566, une galaxie de Seyfert vue de face, et sa contrepartie optique  (ibid.)
20. Image d'une source annulaire dans l'amas Abell 548. L'encart montre composite de PanSTARRS dans le visible. Le point chaud de l'anneau coïncide avec une galaxie de fond, indiquée par la flèche jaune (ibid.).

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